RU2105952C1 - Инклинометр - Google Patents
Инклинометр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2105952C1 RU2105952C1 RU95111391A RU95111391A RU2105952C1 RU 2105952 C1 RU2105952 C1 RU 2105952C1 RU 95111391 A RU95111391 A RU 95111391A RU 95111391 A RU95111391 A RU 95111391A RU 2105952 C1 RU2105952 C1 RU 2105952C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- accelerometers
- azimuth
- carriage
- inclinometer
- guides
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к устройствам для определения ориентации ствола скважины. Сущность изобретения: для измерения зенитного угла азимута применяются только акселерометры, для определения азимута акселерометры приводятся в колебательное движение и азимут определяется по ведичине возникшего при этом Кориолисова ускорения. Инклинометр содержит направляющие, по которым передвигается каретка, подключенная к механизму возвратно-поступательных движений. Акселерометры установлены на каретке и их выходы подключены к блоку обработки информации. Для возможности точной обработки сигнала акселерометра и вычисления азимута в инклинометр введен датчик текущей скорости каретки, который может быть выполнен как интегратор показаний акселерометра, ось чувствительности которого направлена вдоль направляющих. 2 з.п. ф-лы, 1 табл. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области геодезии, а именно к устройствам для определения ориентации ствола скважины.
Известны инклинометры, использующие датчики наклона (маятники, уровни, акселерометры) для определения зенитного угла скважины и датчики магнитного поля для определения азимута [1] Недостатком этих инклинометров является то, что они не могут работать в скважине, заключенной в стальную обсадную трубу (экранируется магнитное поле). Затруднительно их использовать и в составе бурильной колонны, из-за значительного искажения магнитного поля стальными массами.
Известны инклинометры, в которых азимут передается с поверхности Земли в скважину посредством гироскопов. Можно отметить два недостатка таких инклинометров. Во-первых, из-за дрейфа гироскопов время, в течение которого они "держат" азимут, ограничивается десятками минут. Во-вторых, работающие гироскопы очень чувствительны к ударам и вибрациям, и азимут часто "теряется" уже при опускании прибора в скважину, что заставляет поднимать прибор на поверхность и все начинать сначала. Как первое, так и второе делают невозможным применение этих инклинометров во время бурения.
Известен инклинометр, выбранный нами за прототип, который содержит акселерометры для определения наклонов и точные гироскопы, способные самостоятельно определять направление на север в процессе выставки [1]
Недостатком прототипа является наличие точных гироскопов. Это приводит к большим диаметрам измерительной части (63,5 мм для прототипа), высокой стоимости, большой чувствительности к ударам и вибрациям.
Недостатком прототипа является наличие точных гироскопов. Это приводит к большим диаметрам измерительной части (63,5 мм для прототипа), высокой стоимости, большой чувствительности к ударам и вибрациям.
Целью изобретения является уменьшение диаметра измерительной части, повышение вибро- и ударостойкости, уменьшение стоимости.
Эта цель достигается тем, что в инклинометр, содержащий акселерометры, устанавливается каретка с направляющими, подключенная к механизму возвратно-поступательного движения, а акселерометры устанавливаются на каретке.
На чертеже изображена схема инклинометра. Он содержит направляющие 1, по которым может перемещаться каретка 2, приводимая в движение возвратно-поступательным механизмом 3. На каретке установлены акселерометры 4, сигналы с которых поступают в блок обработки информации 5.
Рассмотрим работу инклинометра в случае, когда движение каретки осуществляется по синусоидальному закону. После опускания инклинометра в нужную точку скважины в течение времени t1 при неработающем механизме возвратно-поступательных движений и неподвижной каретке снимаются и вводятся в блок обработки показания акселерометров. Эти показания постоянны и равны проекциям ускорения силы тяжести на оси чувствительности акселерометров. Затем включается механизм возвратно-поступательных движений, и каретка с акселерометрами приводится в колебательные движения. В течение времени t2 вновь снимаются и вводятся в блок обработки показания акселерометров. Эти показания, кроме постоянной части, содержат уже и переменные составляющие, вызванные действием ускорений разгона торможения и ускорением Кориолиса.
Рассмотрим алгоритм обработки информации. При этом для упрощения выкладок будем полагать, что акселерометров три, их оси чувствительности взаимно ортогональны, ось чувствительности одного из акселерометров направлена вдоль направляющих. Свяжем с направляющими систему координат x, y, z, причем ось y направим вдоль направляющих. Введем систему координат ξ, η, L, связанную с Землей (восток-север-вертикаль). Нам необходимо по снятым показаниям акселерометров вычислить параметры ориентации, устанавливающие связь систем x, y, z и ξ, η, L.
Связь введенных выше систем можно задать матрицей D направляющих косинусов, приведенной в таблице (см. Ишлинский А.Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация, М. Наука, 1976).
Связь введенных выше систем можно задать матрицей D направляющих косинусов, приведенной в таблице (см. Ишлинский А.Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация, М. Наука, 1976).
Сигналы акселерометров при движущейся со скоростью V каретке определяются соотношениями
где
Ωг, Ωв горизонтальная и вертикальная составляющие скорости вращения Земли;
g ускорение силы тяжести.
где
Ωг, Ωв горизонтальная и вертикальная составляющие скорости вращения Земли;
g ускорение силы тяжести.
Элементы матрицы D7, D8, D9 определяются по интегральным показаниям акселерометров, снятых в статике в течение времени
Элементы D4, D6 вычисляем по показаниям акселерометров, снятым в динамике в течение времени t2. При этом для подавления шумов целесообразно воспользоваться методом синхронного детектирования. Текущую скорость v можно определить или с помощью какого-либо независимого датчика, или по показаниям акселерометра y
В течение времени t2 накапливаем следующие интегралы
Элементы D4, D6 определяются соотношениями
Воспользовавшись свойствами единичности и ортогональности матрицы D, можно определить и все остальные ее элементы. В частности
D2 (D4D9 D1D6) D5 - (D7D4 + D9D6)/D8
Зенитный угол β и азимут g скважины определяются соотношениями
Точность определения зенитного угла в предлагаемом инклинометре не отличается от прототипа и других инклинометров, где используются акселерометры.
Элементы D4, D6 вычисляем по показаниям акселерометров, снятым в динамике в течение времени t2. При этом для подавления шумов целесообразно воспользоваться методом синхронного детектирования. Текущую скорость v можно определить или с помощью какого-либо независимого датчика, или по показаниям акселерометра y
В течение времени t2 накапливаем следующие интегралы
Элементы D4, D6 определяются соотношениями
Воспользовавшись свойствами единичности и ортогональности матрицы D, можно определить и все остальные ее элементы. В частности
D2 (D4D9 D1D6) D5 - (D7D4 + D9D6)/D8
Зенитный угол β и азимут g скважины определяются соотношениями
Точность определения зенитного угла в предлагаемом инклинометре не отличается от прототипа и других инклинометров, где используются акселерометры.
Оценим точность определения азимута. Эта точность может ограничиваться чувствительностью и шумами акселерометров. Чувствительность современных маятниковых акселерометров находится на уровне 10-6g-10-7g при диапазоне измерения ±10g. Чувствительность можно довести до 10-8g при сокращении диапазона до 1•g. Средняя величина ускорения Кориолиса, по которой и определяется фактически азимут, составляет 2•10-5g при амплитуде колебаний 50 см и частоте 2 Гц, что позволяет определить азимут с приемлемой погрешностью, меньшей одного градуса.
Что касается шумов, то можно полагать, что при стационарном характере движения по направляющим, например периодическом, с постоянным периодом и амплитудой, их влияние будет тоже стационарным и учитываемым.
Для практической проверки работоспособности предлагаемого устройства был осуществлен простейший эксперимент. По направляющим от оптической скамьи вручную в течение трех минут помещался взад-вперед блок из трех акселерометров. Информация с акселерометров вводилась в ЭВМ и обрабатывалась по алгоритму, описанному выше. Была получена погрешность определения азимута 6-8 мин, что всего в два раза больше требуемой для скважинной инклинометрии. Можно полагать, что реализация механизма стационарных возвратно-поступательных движений и увеличение чувствительности акселерометров позволит еще в 2-3 раза повысить точность.
Применение акселерометров для определения азимута вместо точных гироскопов позволяет прежде всего уменьшить диаметр измерительной части (до 30-36 мм) и сделать инклинометр вибро- и ударостойким. Это позволяет включить инклинометр в состав практически любой буровой колонны, причем без каких-либо специальных немагнитных вставок.
Кроме того, стоимость предлагаемого инклинометра может быть меньше стоимости инклинометра с гироскопами, поскольку точные (чувствующие Землю) гироскопы являются очень сложными и дорогими приборами.
Claims (3)
1. Инклинометр, содержащий акселерометры и блок обработки информации, отличающийся тем, что в него введены направляющие с кареткой, подключенной к механизму возвратно-поступательного движения, при этом акселерометры установлены на каретке.
2. Инклинометр по п.1, отличающийся тем, что в него введен датчик скорости движения каретки.
3. Инклинометр по п.2, отличающийся тем, что датчик скорости движения каретки выполнен в виде интегратора сигнала акселерометра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95111391A RU2105952C1 (ru) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Инклинометр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95111391A RU2105952C1 (ru) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Инклинометр |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95111391A RU95111391A (ru) | 1997-06-20 |
RU2105952C1 true RU2105952C1 (ru) | 1998-02-27 |
Family
ID=20169670
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95111391A RU2105952C1 (ru) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Инклинометр |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2105952C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003056303A1 (de) * | 2001-12-21 | 2003-07-10 | Agfa Ndt Gmbh | Härtemessgerät mit einem gehäuse und einem eindringkörper, insbesondere handgerät |
RU2534866C1 (ru) * | 2013-10-30 | 2014-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТехГеоБур" | Способ повышения виброустойчивости инклинометра |
-
1995
- 1995-07-06 RU RU95111391A patent/RU2105952C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Исаченко В.Х., Инклинометрия скважин, м., Недра, 1987, с. 46. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003056303A1 (de) * | 2001-12-21 | 2003-07-10 | Agfa Ndt Gmbh | Härtemessgerät mit einem gehäuse und einem eindringkörper, insbesondere handgerät |
RU2534866C1 (ru) * | 2013-10-30 | 2014-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТехГеоБур" | Способ повышения виброустойчивости инклинометра |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95111391A (ru) | 1997-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3312382B1 (en) | Device for measuring gravitational acceleration during state of spinning and extraction method | |
GB2347224A (en) | Measurement while drilling assembly using gyroscopic devices and methods of bias removal | |
EP0295297A4 (en) | Apparatus and method for gravity correction in borehole survey systems | |
US6381858B1 (en) | Method for calculating gyroscopic wellbore surveys including correction for unexpected instrument movement | |
US4297790A (en) | Survey apparatus and method employing rate-of-turn and free gyroscopes | |
AU2005220213B2 (en) | Method and apparatus for mapping the trajectory in the subsurface of a borehole | |
RU2324897C1 (ru) | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по углу прецессии гироблока | |
Ledroz et al. | FOG-based navigation in downhole environment during horizontal drilling utilizing a complete inertial measurement unit: Directional measurement-while-drilling surveying | |
US4768152A (en) | Oil well bore hole surveying by kinematic navigation | |
Zaitsev et al. | Study of systems error compensation methods based on molecular-electronic transducers of motion parameters | |
CN109779614B (zh) | 一种三轴光纤陀螺测斜仪 | |
RU2105952C1 (ru) | Инклинометр | |
RU2003107688A (ru) | Способ определения параметров ориентации и навигации и бесплатформенная инерциальная навигационная система для быстровращающихся объектов | |
CN112649889A (zh) | 一种六分量地震数据及绝对重力测量仪、测量方法 | |
US6728639B2 (en) | Method and apparatus for determining the orientation of a borehole | |
US6883240B2 (en) | Borehole surveying | |
EP0175298A2 (en) | Borehole sensing tool with optical rotation sensor | |
RU2231638C1 (ru) | Способ измерения зенитных и азимутальных углов | |
WO2022125907A1 (en) | System and method for using a magnetometer in a gyro-while-drilling survey tool | |
US20200132458A1 (en) | Wellbore Survey Tool Using Coriolis Vibratory Gyroscopic Sensors | |
RU2030574C1 (ru) | Способ определения азимута скважины в последовательных точках и гироскопический инклинометр | |
Krogmann | Concept and performance analysis of a strapdown northfinder | |
RU2269001C1 (ru) | Способ измерения траектории скважины по азимуту и двухрежимный бесплатформенный гироскопический инклинометр для его осуществления | |
Chulkov et al. | Designing of Vibrational Source with Flexible Rotating Shaft of Azimuth Correctioning System of an Inclinometer | |
RU2112876C1 (ru) | Инклинометр |